导电密封衬垫的设计和环境适应性设计要求

导电密封衬垫的设计以及环境适应性设计要求导电密封衬垫的设计以及环境适应性设计要求
一、导电密封衬垫的设计要点
1.1导电密封衬垫安装槽的设计
(1) 安装槽的设计是结构设计的关键，关系到：
a. 防水和电磁兼容（EMC）性能
b. 外形、尺寸的限制
(2) 导电密封衬垫安装槽的设计原则：
a. 安装槽的截面积大于导电密封衬垫的截面积
b. 受压后，导电密封衬垫应能完全被容纳在安装槽内
c. 安装槽的槽沿起限位作用，防止衬垫被过压
d. 法兰和安装槽的合理设计有利于EMC和EMP（电磁脉冲）的释放
图1 合理的设计---衬垫压缩量为25%
图2 不合理的设计---衬垫过容
图3不合理的设计---衬垫的压缩量＞25 %
(3) 安装槽槽深的设计：
a. 安装槽槽深的设计是关键：
——决定了导电密封衬垫的压缩量
——决定了衬垫的外形
b. 通常O型圈和D型圈的压缩量应控制在18 ~ 25%，不要超过30%。

(4) 安装槽槽深的设计实例：
以O型圈为例，当槽深为H：
H =导电密封衬垫直径（高度）×（1-衬垫的压缩率%）
简化成：H = O型圈直径×0.75
如：φ2的O型圈：其槽深通常为：1.5mm；压缩量为18%时，槽深为：1.6mm。

(5) 安装槽槽宽的设计：
a. 当槽深确定后，槽宽W是H的函数：
槽宽W= O型圈截面积÷H（槽深）×（110%~120%）
b. 通常结构设计师非常关注槽宽，取较小的槽宽来减小设备的壁厚，从而减轻设备重
量。

但槽宽的设计必须考虑适当的余量，以防止衬垫的“过容”；
c. 槽宽的设计还应考虑加工的公差配合情况。

(7) 关于“过容”设计
为避免衬垫压缩永久变形带来的负面影响，有时采用过容设计。

a. 衬垫的硬度通常在55~65度；
b. 衬垫的顶部设计成弧形以避免边缘被切断。

c. 通常紧固螺钉间距较短，锁紧力适度（过大会产生过压或切断衬垫)并且均衡。

1.2导电密封衬垫的设计（一）
(1)对衬垫材料的一般要求：
a. 低的吸水率：吸水率≤0.5%
b. 防霉性：长霉等级在0~1级
c. 使用温度：-60℃~ +160 ℃
d. 抗老化性：70 ℃/168小时（不发粘、不龟裂、不降解）
e. 稳定性及相容性：在使用范围内，无有害气体释放与装配结构件相容
f. 耐侯性：当用于Ⅰ型面时，有抗紫外线要求采用复合或双峰衬垫（外侧为环境密封）
g. 抗压缩永久变形良好
h. 合适的邵氏硬度
i. 抗拉强度和抗撕裂强度好
(3) 衬垫形状的选择—适合于环境密封的双峰衬垫：
(5) O 型圈和D 型圈的设计原则：
a. 胶圈的变形量必须大于接合面不平度公差的累积
b. 结构件受力之后会产生新的变形，必须保证在衬垫的任何部位，其变形量大于10%
c. 槽必须100%容纳被压缩变形的衬垫不允许在压缩时，胶圈变形溢至槽沿
d. 应合理标注衬垫的公差尺寸 (6) 平垫的设计原则：
a. 平垫适合于接合面平整度好，面积小的结构件
b. 不允许平垫的高度大于宽度，因为加压时趋向于翻转，稳定性差
c. 优化设计尺寸为当高度为H时，平垫的宽度为1.2~2H
d. 当宽/高大于3时，平垫的变形需较大的锁闭力
e. 不允许用胶板拼接成平垫，因为接缝处易泄露
f. 当无槽时, 应有其它的“限位”设计, 以防衬垫过压.
(7) 衬垫的固定：
通常不主张与槽粘接固定
有时为防止衬垫移位、脱落需对衬垫粘接固定：
a. 采用的胶：采用RTV硅橡胶，不允许用瞬干胶或环氧胶
b. 在槽内先点胶，大约1~2mm2
c. 点胶方法：“O”形圈通常点三点（等距离）,其它在两个螺钉距离中间点胶。

d. 放入胶圈之后用手压平，使胶扩散，防止胶固化后隆起。

e. 72小时之后，方可加压、装配。

(8) EMC与防水：
a. 屏蔽性能：1MHz~10G＞80 db
b. 防水：标准设计应达到：IP 67（当衬垫的压缩量＞15 % 时）
二、导电密封衬垫的环境适应性设计要求
2.1 有关术语
a. 三防：防湿热、防霉菌、防盐雾腐蚀
b. 三防等级：军品分为二级，民用通常分为三类环境。

c. Ⅰ型面指直接与大气接触的环境
d. Ⅱ型面指设备处于工作状态时，不暴露在自然环境中（如在电子方舱中）
2.2 防腐蚀设计
(1) 防腐蚀设计实际是对金属腐蚀的控制，结构件的防腐设计主要方法有：
a. 选用耐腐蚀性金属
b. 选用合理的镀层体系及镀层厚度
c. 防止或降低电化学腐蚀的产生
d. 防止缝隙腐蚀的产生
e. 防止导电密封衬垫对金属的腐蚀
(2) 防止电偶腐蚀：
a. 选用两种电位相近的金属接触；
b. 处于“Ⅰ型面”时两种金属的电位差允许值为：0.25V
处于“Ⅱ型面”时两种金属的电位差允许值为：0.4V
c. 当两种金属电位不允许接触时，用镀层减小电位差。

d. 防止缝隙腐蚀的产生
e. 防止导电密封衬垫对金属的腐蚀
(3)
）
(4) 导电密封衬垫对铝的腐蚀：
由于导电密封衬垫是由银粒子或镀银的粒子加入到有机硅中配置而成，使得衬垫的电极电位在-0.2V左右，与铝的电位仍相差-0.5V，因此，当衬垫与铝接触时，特别是在湿热或盐雾环境中，衬垫仍会对铝产生电偶腐蚀。

(5) 降低导电密封衬垫电偶腐蚀的方案：
当在A类或密封状态下使用导电密封衬垫是安全的；在B类和C类环境使用时，衬垫会对铝产生电偶腐蚀。

推荐解决方案如下：
a. 一是在结构设计上，尽量使槽内留小的空间，使电介质不渗入压缩面，而保证电接触
的可靠性；
b. 二是在极其恶劣的环境中，采用双层(双峰)衬垫方案，即靠外侧，采用非导电普通密
封圈，内侧采用导电密封衬垫。

(6) 平台环境与腐蚀的关系：
a. 不同的平台环境，导电密封衬垫的腐蚀程度不一样
b. 当法兰接合面处于Ⅰ型面时，法兰边缘会有腐蚀；
c. 当法兰接合面处于Ⅱ型面时，法兰边缘的腐蚀程度会大大减弱，并可以被接受
三. 导电衬垫的质量控制
3.1 重要性
由于导电衬垫兼顾防水及EMC双重功能，因此控制导电衬垫的质量显得特别重要。

3.2 质量控制项目
a. 外形及尺寸
b. 导电性----电阻值
c. 防水及EMC性能.
3.3 外形及尺寸
3.3.1 外形：
外形应平整，无扭曲，如扭曲超出180度且无法摆正，为不合格。

3.3.2 尺寸：
长与宽的尺寸应为负公差，通常取-0.5~-1%，即：胶圈长度≤槽的长度。

否则胶圈会过容而无法装配或将胶圈压坏。

3.4 导电性
3.4.1 基本概念
a. 体积电阻率(ρv)：
通常系指在一标准试样上测量的电阻值换算成为：一立方厘米物体的两个端面为电极时的电阻值--称之为体积电阻率。

单位是：Ω-cm
b. 体积电阻率ρv 只能在标准试样上测试并经计算得出，无法在产品上检测。

c. 由于产品的制造工艺与标准试样的制备工艺有所不同，
其电阻值会有差别。

因此，检测产品的电阻值是必要的。

d. 表面“点”电阻：
系指导电产品的任意两点间的电阻值（Ω）；其电阻值与两点的距离成正比；与导电层的截面积成反比。

e. 影响表面”点”电阻的因素
表面”点”电阻实际上是一综合电阻值，由下列电阻组成：表面接触电阻+表层电阻+内层的体积电阻，其中表面接触电阻是一不稳定因素，受表笔压力，接触面积及表面银粒子”硫“化等因素影响，导致检测的电阻有差异。

通常取其平均值。

通过导电层的厚度可以大致的算出体积电阻率，由于表面接触电阻是一不稳定因素，通常会偏大。

f. 由于储存或其它因素影响(包括”硫”)表面接触电阻会增大到一个稳定值.
3.4.2 表面“点”电阻值
a. 通常规定为10mm间二点的电阻值≤2Ω，或50mm 二点的电阻值≤6Ω
b.对于导电层薄于0.3mm的产品可适当增加至4/8Ω。

3.4.3 检测方法
用普通三用表, 200Ω档检测，表笔压力10N。

(当表笔接触时，内阻应小于0.5Ω，否则须更换电池)
3.5 防水及EMC性能
3.5.1 防水性：应通过IP65~IP67
3.5.2 EMC性能：应通过整机测试.。